Regulering van Schwann-celgroei door nanoseconde gepulseerd elektrisch veld voor perifere zenuwregeneratie in vitro

Elk jaar worden miljoenen mensen getroffen door zenuwletsel waarbij zowel het perifere zenuwstelsel (PNS) als het centrale zenuwstelsel (CZS) betrokken ^zijn1. Studies hebben aangetoond dat de axonale herstelcapaciteit van het CZS vrij beperkt is na zenuwletsel, terwijl het PNS een verhoogde capaciteit vertoont vanwege de aanzienlijke plasticiteit van SC’s². Desalniettemin blijft het bereiken van volledige regeneratie na perifere zenuwbeschadigingen moeilijk en blijft het een aanzienlijke uitdaging vormen voor de menselijke gezondheid ^3,4. Tegenwoordig zijn autotransplantaten een veel voorkomende behandeling gebleven, ondanks de nadelen van morbiditeit op de donorplaats en de beperkte beschikbaarheid⁵. Deze situatie heeft onderzoekers ertoe aangezet om alternatieve therapieën te onderzoeken, waaronder materialen⁶, moleculaire factoren⁷ en elektrische stimulatie (ES). Als een factor die axonale groei en zenuwregeneratie^{bevordert 8}, wordt het kiezen van een geschikte ES-methode en het onderzoeken van de relatie tussen ES en SC’s essentieel.

SC’s zijn de belangrijkste gliacellen van het PNS en spelen een cruciale rol bij de regeneratie van het PNS ^9,10. Na perifere zenuwbeschadigingen ondergaan SC’s een snelle activering, uitgebreide herprogrammering² en overgang van een myelinevormende toestand naar een groeiondersteunende morfologie om de regeneratie van de zenuw uit te voeren². Een substantiële proliferatie van SC’s vindt plaats aan het distale uiteinde van de gewonde zenuw, terwijl SC’s van de distale stomp proliferatie en rek ondergaan om de band van Bungner te vormen, die nodig zijn om axonen te begeleiden om naar het doelorgaan^{te groeien 11}. Bovendien migreren SC’s van de proximale en distale zenuwstompen naar de zenuwbrug om SC-koorden te vormen die de regeneratie van axonen bevorderen¹². Bovendien hebben eerdere studies aangetoond dat de synthese en secretie van relevante factoren die verband houden met SC’s veranderen in gevallen van perifere zenuwregeneratie, waaronder transcriptiefactoren¹³, neurotrofe factoren¹⁴ en myelinisatieregulatoren¹³. Dit levert ook indicatoren op voor het beoordelen van de activiteit van SC’s. Op basis hiervan is de bevordering van SC-proliferatie, migratie, synthese en secretie van relevante factoren uitgebreid onderzocht voor het verbeteren van de regeneratie van perifere zenuwen¹⁵.

Eerdere studies hebben de mogelijkheid aangetoond om ES te gebruiken voor zenuwregeneratie¹. Een algemeen aanvaarde verklaring is dat ES depolarisatie van celmembranen kan induceren, membraanpotentiaal kan veranderen en membraaneiwitfuncties kan beïnvloeden door de ladingsverdelingen op deze biomoleculen te veranderen^. Het op grote schaal toegepaste Intense PEF kan echter ernstige pijn, onwillekeurige spiersamentrekkingen en hartfibrillatie^veroorzaken8. Het verhoogt ook de activiteit van creatinekinase (CK), vermindert de spierkracht en induceert de ontwikkeling van vertraagde spierpijn (DOMS)¹⁶. nsPEF is een opkomende techniek die proefpersonen stimuleert met elektrische velden met een hoge spanning binnen een pulsduur van een nanoseconde, en het wordt geleidelijk gebruikt in onderzoek op cellulair niveau^17,18. Eerdere studies hebben gemeld dat de mogelijke reden van nsPEF die celproliferatie en organelactiviteit bevordert, de vorming van membraannanoporiën en de activering van ionische kanalen is, wat leidt tot een toename van de cytoplasmatische Ca^2+-concentratie¹⁹. nsPEF maakt gebruik van pulskrachttechnologie om het celmembraan op te laden en pulsen te produceren die worden gekenmerkt door een korte duur, snelle stijgtimum, hoog vermogen en lage energiedichtheid²⁰. Deze kenmerken suggereren dat nsPEF een voorkeursmodus kan zijn met minimale stimulatiebijwerkingen⁸. Bovendien biedt nsPEF voordelen zoals minimaal invasieve procedures, omkeerbaarheid, aanpasbaarheid en niet-destructiviteit van neurale weefsels in vergelijking met chirurgische ingrepen. Een van de belangrijkste onderzoeksrichtingen van nsPEF op biomedisch gebied is de toepassing ervan voor ablatie van tumorweefsel met behulp van hoogenergetische elektrische veldstimulatie 21,22,23. Sommige onderzoeksresultaten geven aan dat 12-nsPEF perifere zenuwen kan stimuleren zonder schade aan te richten²⁴. Op dit moment is er echter beperkt bewijs met betrekking tot de toepassing van nsPEF op het gebied van zenuwregeneratie. Bovendien is het stimuleren van SC’s met behulp van nsPEF een baanbrekende poging, die bijdraagt aan verder in vivo en klinisch onderzoek. Deze studie onderzoekt of nsPEF-stimulatie van SC’s zenuwregeneratie kan bevorderen en een betrouwbare basis kan bieden voor daaropvolgend diepgaand en systematisch onderzoek.